Ein Zweiskalenmodell für Schädigungsvorgänge bei der spanenden Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Ismail Caylak, seit 3/2024; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435069425

Carbon- bzw. kohlenfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eignen sich aufgrund ihrer geringen Dichte sowie den resultierenden mechanischen Eigenschaften für innovative Leichtbaukonzepte. Die teilweise heterogene sowie anisotrope Faser-Matrix-Struktur beeinflusst nicht nur das resultierende Bearbeitungsergebnis, sondern bereits die unterschiedlichen Grundschädigungsarten des Werkstoffes bei der spanenden Bearbeitung, wie z.B. dem Faserversagen (FV), dem Matrixversagen (MV), dem Fasermatrixversagen (FMV) und der Delamination. Um diese komplexen Schädigungsmechanismen detaillierter zu erfassen, soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Zweiskalenmodell entwickelt werden. Das Zweiskalenmodell erfasst im Rahmen einer Mean-Field-Methode die verschiedenen Schädigungsmechanismen FV, MV und FMV. Die erforderlichen mechanischen Kennwerte der jeweiligen Versagensart werden separat anhand geeigneter Prüfmethoden bei unterschiedlichen Dehnraten und Temperaturen ermittelt, um so das reale Belastungskollektiv während der spanenden Bearbeitung abzubilden. Für die Delamination wird ein Kohäsivzonen-Modell verwendet, dessen Verifikation anhand experimenteller Daten erfolgt. Anschließend wird dieses Modell in das Finite Elemente Programm Abaqus implementiert, sodass eine makroskopische Untersuchung des Zerspanvorgangs inklusive der resultierenden Schädigungen erfolgen wird. Anhand realer Zerspanprozesse wird das Simulationsmodell sukzessiv angepasst und validiert. Durch das entwickelte Modell wird eine detaillierte Beschreibung der Wirkzusammenhänge bei der spanenden Bearbeitung von CFK möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Mahnken, bis 2/2024